Unul dintre primii acizi minerali care a devenit cunoscut omului este sulfuric sau sulfat. Nu numai ea însăși, ci și multe dintre sărurile ei au fost folosite în construcții, medicină, industria alimentară și în scopuri tehnice. Până acum, nimic nu s-a schimbat în acest sens. O serie de caracteristici pe care le posedă acidul sulfat îl fac pur și simplu indispensabil în sintezele chimice. În plus, sărurile sale sunt folosite în aproape toate sectoarele vieții de zi cu zi și ale industriei. Prin urmare, vom lua în considerare în detaliu ce este și care sunt caracteristicile proprietăților manifestate.
Varietate de nume
Să începem cu faptul că această substanță are o mulțime de nume. Printre acestea se numără cele care se formează după nomenclatura rațională și cele care s-au dezvoltat istoric. Deci, această conexiune este desemnată ca:
- acid sulfat;
- vitriol;
- acid sulfuric;
- oleum.
Deși termenul „oleum” nu este tocmai potrivit pentru această substanță, deoarece este un amestec de acid sulfuric și oxid de sulf mai mare -SO3.
Acid sulfat: formulă și structură moleculară
Din punct de vedere al abrevierilor chimice, formula acestui acid poate fi scrisă astfel: H2SO4. Evident, molecula constă din doi cationi de hidrogen și un anion al reziduului acid - ion sulfat, care are o sarcină de 2+.
În acest caz, următoarele legături acționează în interiorul moleculei:
- polar covalent între sulf și oxigen;
- covalent puternic polar între hidrogen și reziduul acid SO4.
Sulful, având 6 electroni nepereche, formează două legături duble cu doi atomi de oxigen. Cu încă un cuplu - singur, iar cei, la rândul lor, singuri cu hidrogeni. Drept urmare, structura moleculei îi permite să fie suficient de puternică. În același timp, cationul hidrogen este foarte mobil și pleacă ușor, deoarece sulful și oxigenul sunt mult mai electronegative. Tragând densitatea electronică asupra lor, ei furnizează hidrogen cu o sarcină parțial pozitivă, care devine plină atunci când este detașată. Așa se formează soluțiile acide, în care există H+.
Dacă vorbim despre stările de oxidare ale elementelor din compus, atunci acidul sulfat, a cărui formulă este H2SO4, vă permite să le calculați cu ușurință: hidrogen +1, oxigen -2, sulf +6.
Ca în orice moleculă, sarcina totală este zero.
Istoricul descoperirilor
Acidul sulfat este cunoscut oamenilor încă din antichitate. Chiar și alchimiștii știau cum să-l obțină calcinând diferite vitriol. CuÎncă din secolul al IX-lea, oamenii primeau și foloseau această substanță. Mai târziu, în Europa, Albert Magnus a învățat cum să extragă acid din descompunerea sulfatului de fier.
Totuși, niciuna dintre metode nu a fost profitabilă. Apoi a devenit cunoscută așa-numita versiune de sinteză a camerei. Pentru aceasta s-au ars sulful și nitrații, iar vaporii eliberați au fost absorbiți de apă. Ca rezultat, s-a format acid sulfat.
Chiar mai târziu, britanicii au reușit să găsească cea mai ieftină metodă de obținere a acestei substanțe. Pentru aceasta a fost folosită pirita - FeS2, pirite de fier. Prăjirea sa și interacțiunea ulterioară cu oxigenul constituie încă una dintre cele mai importante metode industriale pentru sinteza acidului sulfuric. Astfel de materii prime sunt mai accesibile, mai ieftine și de calitate superioară pentru volume mari de producție.
Proprietăți fizice
Există mai mulți parametri, inclusiv externi, care disting acidul sulfat de alții. Proprietățile sale fizice pot fi descrise în mai multe puncte:
- Lichid în condiții standard.
- În stare concentrată, este grea, uleioasă, pentru care a primit denumirea de „vitriol”.
- Densitatea materiei - 1,84 g/cm3.
- Fără culoare sau miros.
- Are un gust pronunțat de „cupru”.
- Se dizolvă foarte bine în apă, aproape nelimitat.
- Higroscopic, capabil să capteze atât apa liberă, cât și cea legată din țesuturi.
- Nevolatil.
- Punctul de fierbere - 296oC.
- Topit la 10, 3oC.
Una dintre cele mai importante caracteristici ale acestui compus este capacitatea de a se hidrata cu eliberarea unei cantități mari de căldură. De aceea, chiar și de pe banca școlii, copiii sunt învățați că în niciun caz nu se poate adăuga apă la acid, ci doar invers. La urma urmei, apa are o densitate mai ușoară, așa că se va acumula la suprafață. Dacă se adaugă brusc la acid, atunci, ca urmare a reacției de dizolvare, va fi eliberată o cantitate atât de mare de energie încât apa va fierbe și va începe să se stropească împreună cu particulele unei substanțe periculoase. Acest lucru poate provoca arsuri chimice grave ale pielii mâinilor.
De aceea, acidul trebuie turnat în apă într-un jet subțire, apoi amestecul va deveni foarte fierbinte, dar fierberea nu va avea loc, ceea ce înseamnă că și lichidul va stropi.
Proprietăți chimice
Din punct de vedere al chimiei, acest acid este foarte puternic, mai ales daca este o solutie concentrata. Este dibazic, prin urmare se disociază în trepte, cu formarea de anioni hidrosulfat și sulfat.
În general, interacțiunea sa cu diverși compuși corespunde tuturor reacțiilor principale caracteristice acestei clase de substanțe. Putem da exemple de mai multe ecuații în care participă acidul sulfat. Proprietățile chimice se manifestă în interacțiunea sa cu:
- săruri;
- oxizi și hidroxizi de metal;
- oxizi și hidroxizi amfoteri;
- metale aflate într-o serie de tensiuni până la hidrogen.
Bca urmare a unor astfel de interacțiuni, în aproape toate cazurile, se formează săruri medii ale unui anumit acid (sulfați) sau săruri acide (hidrosulfați).
O caracteristică specială este și aceea cu metalele conform schemei obișnuite Me + H2SO4=MeSO4 + H2↑ reacţionează doar o soluţie dintr-o anumită substanţă, adică un acid diluat. Dacă luăm concentrat sau foarte saturat (oleum), atunci produsele de interacțiune vor fi complet diferite.
Proprietăți speciale ale acidului sulfuric
Acestea includ doar interacțiunea soluțiilor concentrate cu metalele. Deci, există o anumită schemă care reflectă întregul principiu al unor astfel de reacții:
- Dacă metalul este activ, rezultatul este formarea de hidrogen sulfurat, sare și apă. Adică, sulful este redus la -2.
- Dacă metalul are activitate medie, atunci rezultatul este sulf, sare și apă. Adică reducerea ionului sulfat la sulf liber.
- Metale cu reactivitate scăzută (după hidrogen) - dioxid de sulf, sare și apă. Sulf în stare de oxidare +4.
De asemenea, proprietățile speciale ale acidului sulfat sunt capacitatea de a oxida unele nemetale la cea mai în altă stare de oxidare și de a reacționa cu compuși complecși și de a le oxida la substanțe simple.
Metode de obținere în industrie
Procedeul cu sulfat pentru producerea acidului sulfuric constă din două tipuri principale:
- contact;
- turn.
Ambele sunt cele mai comune moduri de accesindustrie în toate ţările lumii. Prima opțiune se bazează pe utilizarea piritei de fier sau a piritei de sulf ca materie primă - FeS2. Există trei etape în total:
- Prăjirea materiilor prime cu formarea de dioxid de sulf ca produs de ardere.
- Trecerea acestui gaz prin oxigen peste un catalizator de vanadiu pentru a forma anhidridă sulfurică - SO3.
- În turnul de absorbție, anhidrida este dizolvată într-o soluție de acid sulfat cu formarea unei soluții de concentrație mare - oleum. Lichid gras uleios foarte greu.
A doua opțiune este practic aceeași, dar oxizii de azot sunt utilizați ca catalizator. Din punctul de vedere al unor parametri precum calitatea produsului, costul și consumul de energie, puritatea materiilor prime, productivitatea, prima metodă este mai eficientă și mai acceptabilă, deci este mai des folosită.
Sinteză de laborator
Dacă este necesar să se obțină acid sulfuric în cantități mici pentru cercetarea de laborator, atunci metoda de interacțiune a hidrogenului sulfurat cu sulfații de metale slab active este cea mai potrivită.
În aceste cazuri, are loc formarea de sulfuri de metale feroase, iar acidul sulfuric se formează ca produs secundar. Pentru studii mici, această opțiune este potrivită, dar un astfel de acid nu va diferi în ceea ce privește puritatea.
De asemenea, în laborator puteți efectua o reacție calitativă la soluțiile de sulfat. Cel mai comun reactiv este clorura de bariu, deoarece ionul Ba2+, împreună cuAnionul sulfat precipită într-un precipitat alb - lapte barit: H2SO4 + BaCL2=2HCL + BaSO4↓
Cele mai comune săruri
Acidul sulfat și sulfații pe care îi formează sunt compuși importanți în multe industrii și gospodării, inclusiv în alimentație. Cele mai comune săruri ale acidului sulfuric sunt:
- Gips (alabastru, selenit). Denumirea chimică este un sulfat de calciu hidrat cristalin apos. Formula: CaSO4. Folosit în construcții, medicină, celuloză și hârtie, fabricarea de bijuterii.
- Barit (spat greu). sulfat de bariu. În soluție, este un precipitat lăptos. În formă solidă - cristale transparente. Folosit în instrumente optice, raze X, acoperire izolatoare.
- Mirabilite (sarea lui Glauber). Denumirea chimică este sulfat de sodiu decahidrat. Formula: Na2SO410H2O. Folosit în medicină ca laxativ.
Există multe exemple de săruri care au semnificație practică. Cu toate acestea, cele menționate mai sus sunt cele mai comune.
Leșie cu sulfat
Această substanță este o soluție care se formează ca urmare a tratamentului termic al lemnului, adică celuloza. Scopul principal al acestui compus este obținerea de săpun sulfat pe baza acestuia prin decantare. Compoziția chimică a soluției de sulfat este următoarea:
- lignin;
- hidroxiacizi;
- monozaharide;
- fenoli;
- rășină;
- acizi volatili și grași;
- sulfuri, cloruri, carbonați și sulfați de sodiu.
Există două tipuri principale de această substanță: lichior de sulfat alb și negru. Albul merge în industria celulozei și hârtiei, în timp ce negrul este folosit pentru a produce săpun cu sulfat în industrie.
Aplicații principale
Producția anuală de acid sulfuric este de 160 de milioane de tone pe an. Aceasta este o cifră foarte semnificativă, care indică importanța și prevalența acestui compus. Există mai multe industrii și locuri în care este necesară utilizarea acidului sulfat:
- În baterii ca electrolit, în special în cele cu plumb.
- În fabricile în care se produc îngrășăminte cu sulfat. Cea mai mare parte a acestui acid este utilizată special pentru fabricarea îngrășămintelor minerale pentru plante. Prin urmare, instalațiile pentru producerea acidului sulfuric și fabricarea îngrășămintelor sunt cel mai adesea construite una lângă alta.
- În industria alimentară ca emulgator, indicat prin codul E513.
- În numeroase sinteze organice ca agent de deshidratare, catalizator. Așa se obțin explozivi, rășini, detergenți și de curățare, nailon, polipropilenă și etilenă, coloranți, fibre chimice, esteri și alți compuși.
- Folosit în filtre pentru a purifica apa și a face apă distilată.
- Folosit în extracția și prelucrarea elementelor rare din minereu.
De asemenea, o mulțime de capreacidul merge la cercetări de laborator, unde este obținut prin metode locale.
